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トランジスタの動作領域(飽和,活性,遮断) 

active.jpg

飽和領域,活性領域,遮断領域

飽和領域: ベース電流を大きくしていくと,負荷抵抗の両端電圧(VRl=Ic×Rl)は大きくなる.図で言えば負荷線上a→bへ移動する.
電源電圧が一定であれば,ベース電流をいくら増やしても負荷線上cから先はコレクタ電流が増えない.コレクタ・エミッタ間の電圧は最小となる.この最小電圧をコレクタ飽和電圧VCE(sat)という.
この領域はスイッチ動作としてのオン状態.


活性領域: 図の薄いブルーの領域は負荷線上bを中心に適切なベース電流である入力信号の変化を大きなコレクタ電流の変化としてひずみなく増幅することができる領域.


遮断領域: ベース端子をオープンにしても,コレクタ・エミッタ間遮断電流ICEOが流れる.この領域を遮断領域(コレクタ遮断領域)と言う.
この領域はスイッチ動作のオフ状態.

ロードライン
トランジスタにコレクタ抵抗(Rc) を接続したときのコレクタ電流 IC とコレクタ・エミッタ電圧 VCE の関係を示した直線をロードライン(=負荷線)という.

次の回路において,トランジスタのコレクタ側に着目するとVCE=Vcc-Ic×Rc が成立する
fig_1.jpg

Vcc=12V,Rc=2kΩとした場合,IcとVceの関係をグラフにプロットする.点aと点dを結んだ直線がロードラインになる.
load.jpg

・Ic=0mAのときはVce=Vcc  12V-0mA×2kΩ=12V→図d点
・Ic=2mAのときはVce=Vcc  12V-2mA×2kΩ=8V→図c点
・Ic=4mAのときはVce=Vcc  12V-4mA×2kΩ=4V→図b点
・Ic=6mAのときはVce=Vcc  12V-6mA×2kΩ=0V→図a点

つまり,ロードラインの傾きはコレクタ抵抗 Rc によって変わる.また,ロードラインからコレクタ・エミッタ間の電圧VCEを知ることができる.

動作点と最適なバイアス

下図はコレクタ電流 IC=3+2sinωt[mA]の場合にコレクタ・エミッタ間電圧 VCE を負荷線より求めた例.
動作点

トランジスタを効率よく利用するためには動作点が負荷線の中心となるようにバイアスを決めることが重要になる.


参考:NEC ELECCTRONICS FAQ,東京工科大学 コンピュータサイエンス学部 坪川研究室Webサイト
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